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#Neues aus der Industrie
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Klimaneutraler Kraftstoff aus Sonnenlicht und Luft
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Forscher der ETH Zürich haben eine neuartige Technologie entwickelt, die flüssige Kohlenwasserstoffkraftstoffe ausschließlich aus Sonnenlicht und Luft herstellt. Sie demonstrieren erstmals weltweit die gesamte thermochemische Prozesskette unter realen Feldbedingungen. Die neue solare Mini-Raffinerie befindet sich auf dem Dach des ETH-Maschinenlabors in Zürich.
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Klimaneutrale Kraftstoffe sind entscheidend für die Nachhaltigkeit des Luft- und Seeverkehrs. ETH-Forscher haben eine Solaranlage entwickelt, um synthetische flüssige Kraftstoffe herzustellen, die bei der Verbrennung so viel CO2 freisetzen, wie zuvor der Luft für ihre Produktion entzogen wurde. CO2 und Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft gewonnen und mittels Solarenergie getrennt. Dabei entsteht Syngas, ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das anschließend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. Diese Drop-in-Kraftstoffe sind für den Einsatz in der bestehenden globalen Verkehrsinfrastruktur bereit.
Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, und seine Forschungsgruppe entwickelten die Technologie. "Diese Anlage beweist, dass klimaneutrale Kohlenwasserstoffkraftstoffe aus Sonnenlicht und Luft unter realen Feldbedingungen hergestellt werden können", erklärte er. "Der thermochemische Prozess nutzt das gesamte Sonnenspektrum und verläuft bei hohen Temperaturen, was schnelle Reaktionen und einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht." Die Forschungsanlage im Herzen von Zürich fördert die Forschung der ETH zu nachhaltigen Kraftstoffen.
Ein kleines Demonstrationsgerät mit großem Potenzial
Die solare Mini-Raffinerie auf dem Dach der ETH Zürich beweist, dass die Technologie auch unter den in Zürich herrschenden Klimabedingungen machbar ist. Sie produziert rund einen Deziliter Kraftstoff pro Tag. Steinfeld und seine Gruppe arbeiten bereits an einem Großversuch ihres Solarreaktors in einem Solarturm bei Madrid, der im Rahmen des EU-Projekts sun-to-liquid durchgeführt wird. Die Solarturmanlage wird heute zeitgleich mit der Mini-Raffinerie in Zürich in Madrid der Öffentlichkeit vorgestellt.
Das nächste Projektziel ist die Skalierung der Technologie für die industrielle Umsetzung und die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. "Eine Solaranlage auf einer Fläche von einem Quadratkilometer könnte 20.000 Liter Kerosin pro Tag produzieren", sagt Philipp Furler, Direktor (CTO) von Synhelion und ehemaliger Doktorand in der Gruppe von Steinfeld. "Theoretisch könnte eine Anlage von der Größe der Schweiz - oder ein Drittel der kalifornischen Mojave-Wüste - den Kerosinbedarf der gesamten Luftfahrtindustrie decken. Unser Ziel für die Zukunft ist es, mit unserer Technologie effizient nachhaltige Kraftstoffe zu produzieren und damit die globalen CO2-Emissionen zu reduzieren."
Bereits zwei Spin-offs
Aus der Forschungsgruppe von Aldo Steinfeld sind bereits zwei Spin-offs hervorgegangen: Synhelion, gegründet 2016, vermarktet die Technologie zur Herstellung von Solarbrennstoffen. Climeworks, bereits 2010 gegründet, vermarktet die Technologie zur CO2-Abtrennung aus der Luft.
So funktioniert die neue solare Mini-Raffinerie
Die Prozesskette des neuen Systems kombiniert drei thermochemische Umwandlungsprozesse: Erstens, die Entnahme von CO2 und Wasser aus der Luft. Zweitens, die solarthermische Spaltung von CO2 und Wasser. Drittens, ihre anschließende Verflüssigung zu Kohlenwasserstoffen. CO2 und Wasser werden über einen Adsorptions-/Desorptionsprozess direkt aus der Umgebungsluft gewonnen. Beide werden dann im Fokus eines parabolischen Reflektors in den Solarreaktor eingespeist. Die Sonneneinstrahlung wird um den Faktor 3.000 konzentriert und erzeugt Prozesswärme bei einer Temperatur von 1.500 Grad Celsius im Inneren des Solarreaktors. Das Herzstück des Solarreaktors ist eine keramische Struktur aus Ceroxid, die eine zweistufige Reaktion - den Redoxzyklus - ermöglicht, um Wasser und CO2 in Synthesegas zu spalten. Dieses Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid kann dann durch konventionelle Methanol- oder Fischer-Tropsch-Synthese zu flüssigen Kohlenwasserstoffkraftstoffen verarbeitet werden.